一种H.264运动估计编码的全面运动估计改进算法制造技术

本发明专利技术公开了一种H.264运动估计编码的全面运动估计改进算法，包括以下步骤：1)提出了整像素精度下的，基于UMHexagonS算法的自适应视频运动估计搜索算法，包括自适应地改进非对称十字搜索步长和范围以及自适应地改进5×5中心偏置螺旋搜索；2)提出了分像素精度下的，基于FFPS、CBFPS算法的多矢量相关预测快速搜索算法，即根据当前最佳运动矢量的整数部分和相邻块运动矢量的整数部分具有相似性的特点，将相关特性结合，确定分像素起始运动矢量的选择；3)分析各种类型的视频运动估计时间。本发明专利技术对于减少视频运动估计搜索，提高视频运动估计时间具有重要意义。实验表明，改进算法在引起少量的质量失真和码率增加的情况下，平均减少了15％的运动估计时间。

【技术实现步骤摘要】
一种H.264运动估计编码的全面运动估计改进算法
本专利技术涉及视频编码算法的
，尤其是指一种H.264运动估计编码的全面运动估计改进算法(CIME-ComprehensiveImprovementofMotionEstimation)。
技术介绍
众所周知，H.264是新一代数字视频压缩格式，其目标应用涵盖了大部分的视频服务，如有线电视远程监控、交互媒体、数字电视、视频会议、视频点播、流媒体服务等，提高H.264的编码性能是人们一直追求的目标。在H.264的预测编码中，运动估计编码约占总编码时间的60％～80％，目前的运动估计编码方法还有许多不足之处：1、UMHexagonS算法对所有运动类型的视频序列都采用同样的十字搜索步长和范围，从而导致了很多不必要的搜索；2、UMHexagonS算法对所有块的运动矢量都采用5×5螺旋全搜索，存在计算冗余；3、分数像素搜索时的预测条件分析不足，从而导致了很多不必要的搜索。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提供一种H.264运动估计编码的全面运动估计改进算法，可以有效地改进编码的预测精度和速度。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种H.264运动估计编码的全面运动估计改进算法，包括以下步骤：1)提出了整像素精度下的，基于UMHexagonS算法的自适应视频运动估计搜索算法，包括自适应地改进非对称十字搜索步长和范围以及自适应地改进5×5中心偏置螺旋搜索；2)提出了分像素精度下的，基于FFPS、CBFPS算法的多矢量相关预测快速搜索算法，即根据当前最佳运动矢量的整数部分和相邻块运动矢量的整数部分具有相似性的特点，将相关特性结合，确定分像素起始运动矢量的选择，根据不同情况改进搜索范围；3)根据步骤1)和步骤2)所得的算法，分析各种类型的视频运动估计时间。在步骤1)中，自适应地改进非对称十字搜索步长和范围，如下：根据经验值设定运动程度阈值：平缓运动阈值为Threshold1，剧烈运动阈值为Threshold2；则十字搜索的步长Step和范围(Wx，Wy)分别定义为：其中，SADcurr为当前块的最小SAD；运动程度阈值的定义分别为：threshold1＝(1+β1)×pred_SADthreshold2＝(1+β2)×pred_SAD其中，pred_SAD为当前块的SAD，β1、β2为自适应系数，定义如下：其中，α1[blocktype]＝{0.06,0.07,0.07,0.08,0.12,0.11,0.15}α2[blocktype]＝{0.01,0.01,0.01,0.02,0.03,0.03,0.04}。在步骤1)中，自适应地改进5×5中心偏置螺旋搜索，如下：由于相邻块的运动矢量有很高的空间相关性，为每一个已搜索的块设置标志，在搜索当前块时，根据相邻块的标志，决定搜索选择，包括以下三种搜索选择情况：①5×5螺旋全搜索，当左相邻块、上相邻块、右上相邻块的标志都为1时；②八边形和小钻石混合模板搜索，当3个相邻块中只有1个或者2个标志为1时；③四边形搜索，当所有相邻块标志都为0时。在步骤2)中，包括由矢量相关性确定1/4分数像素搜索起始位置以及由单一误差平面特性确定1/2分数像素的搜索；其中，对于由矢量相关性确定1/4分数像素搜索起始位置，由于当前最佳运动矢量的整数部分和邻近块运动矢量的整数部分具有相似性特性，所以运用当前块的运动矢量和邻近块的运动矢量的相关性，确定分数像素起始运动矢量pred_mv的选择，即判断最佳运动矢量整像素部分和中值预测、上层块预测、邻近块预测的运动矢量整像素部分是否相等，确定分数像素起始运动矢量，如下式所示：故当前块的分数像素预测运动矢量为：frac_pred_mv＝(pred_mv-mv)％β其中，mv为最佳整像素矢量，％为取模运算，β可以取4，因为只需取1/4搜索精度即可；对于由单一误差平面特性确定1/2分数像素的搜索，由于分数像素的值是由整像素插值得到，所以分数像素搜索范围的误差相关性比整像素要大得多，因此在分像素精度下，单一误差平面的性质更加突出和准确，利用这个特点，在1/2亚像素精度下不必完全搜索最佳整数点周围的八个1/2亚像素点；在1/2亚像素搜索阶段，只搜索最优整像素点右下角的三个1/2亚像素点，比较三个点和起始中心点的SAD误差值COST，确定继续搜索的方向。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：1、改进了H.264的视频编码的运动估计算法，相对于原快速编码算法，编码时间平均减少了15％，为视频压缩和视频传输等提供了更高效的方法；2、可广泛应用于视频监控设备为主体的编码设备上，或应用于移动流媒体的视频压缩和传输技术等方面。附图说明图1a为本专利技术所述的5×5螺旋搜索的八边形和小钻石混合模板搜索示意图。图1b为本专利技术所述的5×5螺旋搜索的四边形搜索示意图。图2为当前块E与邻近块A、B、C、D的分布关系图。图3为1/2亚像素局部搜索点位置图。图4为本专利技术所述全面运动估计改进算法的流程图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。本实施例所述的H.264运动估计编码的全面运动估计改进算法(CIME-ComprehensiveImprovementofMotionEstimation)，是基于H.264运动估计的UMHexagonS、FFPS和CBFPS算法提出的改进方案，简称CIME算法。所述CIME算法在整数像素精度下，根据视频序列的剧烈运动程度合理改进十字搜索的步长和搜索范围；根据中心偏置特性和邻近分块的空间相关性，减少5×5螺旋搜索步骤的搜索点数；利用分数像素精度下运动矢量相关性、单一误差平面的性质等特征，预测最好的匹配位置区域，简少1/2亚像素的搜索点数。以上CIME算法提高了整像素和分数像素的运动估计速度。其具体情况如下：1、提出了整像素精度下的，基于UMHexagonS算法的自适应视频运动估计搜索算法，包括自适应地改进非对称十字搜索步长和范围以及自适应地改进5×5中心偏置螺旋搜索。1)对于自适应地改进非对称十字搜索步长和范围：在UMHexagonS算法中，当视频的运动程度不同，如果采用不同的非对称十字搜索步长和搜索范围，则可以极大地提高预测搜索点的准确度和速度。本专利技术根据经验值设定运动程度阈值：平缓运动阈值为Threshold1，剧烈运动阈值为Threshold2。则十字搜索的步长Step和范围(Wx，Wy)分别定义为：其中，SADcurr为当前块的最小SAD。运动程度阈值的定义分别为：threshold1＝(1+β1)×pred_SADthreshold2＝(1+β2)×pred_SAD其中，pred_SAD为当前块的SAD，β1、β2为自适应系数，定义如下：其中，α1[blocktype]＝{0.06,0.07,0.07,0.08,0.12,0.11,0.15}α2[blocktype]＝{0.01,0.01,0.01,0.02,0.03,0.03,0.04}改进的算法是根据物体自然运动的特性，设置不同的搜索步长和搜索范围，提高了搜索的准确性和速度。2)对于自适应地改进5×5中心偏置螺旋搜索：在UMHexagonS算法中，根据中心偏置特性，采用了5×5螺旋全搜索本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种H.264运动估计编码的全面运动估计改进算法，其特征在于，包括以下步骤：1)提出了整像素精度下的，基于UMHexagonS算法的自适应视频运动估计搜索算法，包括自适应地改进非对称十字搜索步长和范围以及自适应地改进5×5中心偏置螺旋搜索；2)提出了分像素精度下的，基于FFPS、CBFPS算法的多矢量相关预测快速搜索算法，即根据当前最佳运动矢量的整数部分和相邻块运动矢量的整数部分具有相似性的特点，将相关特性结合，确定分像素起始运动矢量的选择，根据不同情况改进搜索范围；3)根据步骤1)和步骤2)所得的算法，分析各种类型的视频运动估计时间。

【技术特征摘要】
1.一种H.264运动估计编码的全面运动估计改进算法，其特征在于，包括以下步骤：1)提出了整像素精度下的，基于UMHexagonS算法的自适应视频运动估计搜索算法，包括自适应地改进非对称十字搜索步长和范围以及自适应地改进5×5中心偏置螺旋搜索；其中，自适应地改进5×5中心偏置螺旋搜索，如下：由于相邻块的运动矢量有很高的空间相关性，为每一个已搜索的块设置标志，在搜索当前块时，根据相邻块的标志，决定搜索选择，包括以下三种搜索选择情况：①5×5螺旋全搜索，当左相邻块、上相邻块、右上相邻块的标志都为1时；②八边形和小钻石混合模板搜索，当3个相邻块中只有1个或者2个标志为1时；③四边形搜索，当所有相邻块标志都为0时；2)提出了分像素精度下的，基于FFPS、CBFPS算法的多矢量相关预测快速搜索算法，即根据当前最佳运动矢量的整数部分和相邻块运动矢量的整数部分具有相似性的特点，将相关特性结合，确定分像素起始运动矢量的选择，根据不同情况改进搜索范围；3)根据步骤1)和步骤2)所得的算法，分析各种类型的视频运动估计时间。2.根据权利要求1所述的一种H.264运动估计编码的全面运动估计改进算法，其特征在于，在步骤1)中，自适应地改进非对称十字搜索步长和范围，如下：根据经验值设定运动程度阈值：平缓运动阈值为Threshold1，剧烈运动阈值为Threshold2；则十字搜索的步长Step和范围(Wx，Wy)分别定义为：其中，SADcurr为当前块的最小SAD；运动程度阈值的定义分别为：Threshold1＝(1+β1)×pred_SADThreshold2＝(1+β2)×pred_SAD其中，pr...

【专利技术属性】
技术研发人员：缪云彬，陈泽琳，姜莎莎，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44